蒙脱石

目录1膨润土概况...........................................................................................11.1膨润土的概念.............................................................................11.2膨润土的基本性质.....................................................................11.3膨润土资源的开发.....................................................................12蒙脱石特征...........................................................................................22.1蒙脱石的晶体结构.....................................................................22.2蒙脱石的分类.............................................................................33膨润土在各领域的应用........................................................................44结语.......................................................................................................711膨润土概况1.1膨润土的概念膨润土(Bentonite)的矿物学名称为蒙脱石，也叫万用粘土。系1898年美国地质学家W.C.Knight在命名美国怀俄明州落基山河附近FortBenton出露的粘土岩(页岩)时提出来并开始采用的。这种粘土为绿黄色、具有吸水后膨胀的性能。1972年在西班牙马德星举行的国际粘土会议(AIPEA)上R.E.Grim提出了膨润土的广泛定义，认为“膨润土是以蒙脱石类矿物为主要组分的岩石”。1.2膨润土的基本性质膨润土的颜色有白色、乳酪色、浅灰色、淡绿黄色、浅红色、肉红色、砖红色、褐红色、黑色、斑杂色等；具油脂光泽、蜡状光泽或土状光泽，贝壳状或锯齿状断口；地表一般松散如土，深部较为致密坚硬。膨润土的结构类型较多，有泥质、粉砂-细砂、角砾凝灰、变余火山碎屑等结构。构造类型主要有微层纹状、角砾状、斑杂状、致密块状、土状等构造。膨润土吸湿性强，放入水中出现迅速或缓慢的膨胀、崩解，最大吸水量为其体积的8~15倍。膨胀倍数从数倍到30余倍。有较好的粘结性，在阳光下晒干后干裂成碎块。密度一般在2g/cm3左右。膨润土的主要矿物成分是二八面体蒙脱石-贝得石系列矿物。次要粘土矿物包括伊利石、高岭石、埃洛石、绿泥石、水铝英石等。其中伊利石、绿泥石和高岭石等可与蒙脱石机械混合，也可以构成规则或不规则的间层矿物。非粘土矿物有斜发沸石、方沸石，α方石英、鳞石英、石英、蛋白石、长石、黄铁矿、石膏、方解石、凹凸棒石、铁的氧化物以及火山岩屑、晶屑、陆源碎屑及一些硝酸盐、氯化物等。1.3膨润土资源的开发我国早在唐代医学名著(本草拾遗)中就记载了膨润土的用途，当时称为甘土。“甘土无毒、主治草药及诸菌毒、热汤调末服之，甘土洗腻服如获，水和涂衣，去油垢”。可见我国在唐代就发现并利用了膨润土的吸附能力，但之后开发应用膨润土相对处于停滞状态。从40年代开始应用膨润土做铅笔心粘结剂。50年代，为适应机械和化学工业的发展和满足钻探泥浆原料的需要，开始建立膨润土矿工业：初期膨润土矿产品主要是型砂粘结粘土、活性土和钻井泥浆原料。从70年代开始，膨润土的应用进入了一个新的发展阶段，试制有机膨润土，作润化脂稠化剂。1978年杭州钢铁厂用膨润土作铁球团粘合剂，80年代研制成功膨润土防毒药剂。膨润土是一种重要的非金属矿产。在一个国家的经济中，非金属矿产产值超过金属矿产产值是该国工业化成熟的标志。美国是开发利用膨润土矿最早的国家，其怀俄明土世界著2名，产品种类多，同时为美国的膨润土开发行业带来了巨大的经济利润。我国的膨润土资源非常丰富，储量居世界第一位，并且种类齐全，既有钙基膨润土，又有钠基膨润土，此外还有氢基、铝基、钠钙基和未能分类的膨润土。至1996年底，全国储存量为24.6亿吨。占世界总量的60％以上；我国的膨润土资源分布又十分广泛，遍及河北、山西、内蒙古、辽宁、吉林、黑龙江、江苏、浙江、安徽、福建、江西、山东、河南、湖北、湖南、广西、广东、海南、四川、云南、陕西、甘肃、新疆等全国23个省自治区，主要集中在东北及东部沿海各省，如辽宁、吉林、浙江、山东、江苏、新疆、四川、河南、广西、内蒙等地区。据考察膨润土资源遍布23个省区近80个县，有400多处矿点，但其中较好的具有实用价值的是辽宁黑山、吉林九台、浙江临安、新疆托克逊、四川仁寿、安徽繁昌、山东胶州、甘肃金昌、内蒙古兴和等。我国的膨润土资源丰富，但是在开发中存在一些问题：如对矿石特性认识差，开发的程度不够且开发产品盲目；膨润土产业的规模小，无专用设备，在设备选型中失误较多，一般是挪用化工、建材、医药、食品等诸多工业的现有的定型设备来组配生产线，极易出现先后工序不衔接的困境；膨润土的深加工的产品质量和品种缺乏竞争力。利用天然膨润土合成有机土是实现其高附加值利用、拓宽应用领域的重要途径，因此加强有机土制备工艺及应用研究，对于膨润土资源的合理开发利用具有重要意义。到目前为止，全国开采利用量还不到探明量储量的1％，并且整体的加工模式为膨润土的初加工，如提纯，钠化等．其技术含量少，产品质量差，价格低廉。我国的膨润土生产大部分是规模小，作坊式生产。而国外技术先进的企业有一系列的质量保证体系，资源勘探时就予以贯彻。我国出口的膨润土多属高品位的膨润土矿，使不可再生的优质资源未得到合理的利用，目前，价格昂贵的有机蒙脱石产品仍咀进口为主，低价卖出高价购回造成了我国经济上的极大损失。对蒙脱石进行改性足拓宽其应用领域的基础，提高我国蒙脱石产品的科技含量，推进膨润土高附加值的利用，使其占领膨润土市场的主导地位，实现我国膨润土资源合理、有效利用的重要研究课题。2蒙脱石特征2.1蒙脱石的晶体结构蒙脱石是膨润土的主要矿物，蒙脱石的特性决定了膨润土的基本性能。图1为蒙脱石结构示意图。蒙脱石是由两层硅氧四面体片和一层夹于其间的铝(镁)氧(羟基)八面体片构成的2:1型层状硅酸盐矿物。硅氧四面体片系由处于同一平面的硅氧四面体的三个顶点氧与相邻硅氧四面体共用而连结成一系列近似六方环网格的硅氧片；铝(镁)氧(羟基)八面体片是以锅3(镁)为中心原子，并与彼此顶点相对的四面体片的四个顶点氧处于同一平面的两个羟基构成六配位的铝(镁)氧(羟基)八面体，四面体中有少量的Si4+被A13+置换，八面体中有少量的Al3+被Mg2+置换。由于这些多面体中高价离子被低价离子置换，造成晶体层间产生永久性负电荷，晶层间被吸附的阳离子是可交换的。类质同象置换是蒙脱石最基本最重要的特性。粘土矿物的单元层间叫“层间域”或“层间”。一个结构单元层加一个层间域组成一个“单位构造”，其高度称单位构造高度或层间高度。蒙脱石的层问高度是可变的，自然界产出的蒙脱石由于层间吸附的水合阳离子的种类、比例以及水分子的数量等的随机性，因此，其层间高度是有差异的，一般在12-16A之间。图1为蒙脱石结构示意图2.2蒙脱石的分类当前蒙脱石的分类，一般采用三种分类方案：即按蒙脱石交换性阳离子的种类及其比例划分属性；按蒙脱石的层电荷高低划分属型；按蒙脱石与其它二八面体粘土矿物构成特殊的间层结构的间层矿物分类。(1)根据蒙脱石晶层间交换性阳离子的碱性系数(ENa++EK+／ECa2++EMg2+)的不同来划分，蒙脱石分为：钠基蒙脱石：碱性系数≥1；钙基蒙脱石：碱性系数＜l；钠基蒙脱石：ENa+／ECa2+≥1；钙基蒙脱石：ENa+／ECa2+＜1；《膨润土矿地质勘探规范》采用的属性分类：钠基膨润土：ENa+／CEC≥0.5；钙基膨润土：ECa2+／CEC≥0.5；镁基膨润土：EMg2+／CEC≥0.5：铝(氢)基膨润土：EAl3+／CEC≥0.5。若可交换性阳离子没有超过交换容量50％时，则以最多交换量的两种阳离子进行复合命名。(2)根据蒙脱石的层电荷大小的不同，自然界的蒙脱石可分为以下三种类型：4高层电荷(切托Cheto)型：0.45-0.60／单位半晶胞：八面体中约1／3铝被镁置换，能产生高达0.45-0.60／单位晶胞的层间负电荷，阳离子交换性能强，牵制层间阳离子能力亦强，镁在八面体中的位置作有序分布，部分硅-氧四面体可以颠倒，颗粒较大，相对在水中的分散性较差，宣于改性，作催化剂、高效水软化剂等用途较佳。低层电荷(怀俄明Wyoming)型：0.20-0.35／单位半晶胞：Mg2+置换Al3+较少，镁在八面体中作无序分布，层间负电荷在0.20-0.35／单位半晶胞之间，阳离子交换性能相对较弱，而含铝较高，因而耐火性好，熔点高，易于在水中分散，它的高温稳定性常被应用于铁矿球团、铸造、钻井泥浆和制备润滑脂等。过渡型：界于上述两者之间。实际上自然界普遍存在的是过渡型的蒙脱石。(3)自然界中，粘土矿物既有单矿物存在，也大量存在着不同粘土矿物互相交叠在一起。由于不同种类的粘上矿物的基本构造十分相似，因此在成矿过程以及后生改造过程中，它们很容易形成一种特殊的“间层结构”。这种“间层结构”是由不同种类的粘土矿物的单元层平行地交互叠置在一起构成的，最早由J.W.Gruner发现。我们将蒙脱石与其它粘土矿物组成的间层矿物，而其又不失蒙脱石的基本理化性能和工艺性能(如胶体分散性、阳离子交换性、膨胀性)者,仍归属于膨润土矿石类。间层矿物分为两类。一类是规则间层矿物，一类是不规则间层矿物。3膨润土在各领域的应用蒙脱石有“万能粘土矿物”的美誉，世界膨润土工业以美国发展最早，1921年建立起第一家膨润土加工厂。发展的初期，膨润土主要应用于铸造型砂粘结剂和油脂脱色剂。美国是世界膨润土的最大生产国和消费国，其消费比例为：铁矿球团占23％，钻井泥浆占22％，铸造占17％，食用油精炼、工业油精炼、环保等其他领域占38％。在我国，膨润土已有70多年的开发历史，在石油、化工、矿业、农业、环保等行业中有广泛的应用，经过有机改性的有机蒙脱石的主要特性就是在有机介质中表现出溶胀性、高分散性和触变性。在涂料、纺织业、油墨、高温润滑脂、钻井、铸造、冶金、日用化妆品、防水材料、环境保护、聚合物改性和医药等部门都得广泛的应用。(1)在涂料中的应用：膨润土中的蒙脱石是一种电荷不平衡的矿物，由于类质同象转换，造成层状组织的表面带负电荷，必须吸附阳离子才能达到平衡，因此具备了和表面活性剂相似的性质，有亲水性和亲油性的一面。在防水材料中，膨润土不仅本身对沥青具有乳化作用，能降低其他助剂(如表面活性剂、成膜剂等)的用量，还可做油漆油墨的防沉剂。有机膨润土5在涂料中得到了广泛的应用，全国涂料协会助剂协作组肯定了有机膨润土在涂料中的防沉作用。在铸造工业中，用它配制的快干涂料，可以提高铸件的表面质量，胡智荣等的研究表明，用加入有机膨润土的涂料(铸钢型、铸铁型涂料)，其涂料的悬浮性、流动性、涂刷性、干燥性及耐热性等指标均优于用原土作悬浮剂的涂料。在涂料方面，要提高涂料的性能，就要选择优良的流变助剂。有机膨润土作为流变助剂用于涂料的生产、施工、储存、成膜的各个阶段。有机膨润土一般作为防沉剂、增稠剂用，其防止沉降的机理是改变体系的流变性能，使其具有触变性，从而防止颜料沉降。(2)在纺织工业中的应用：纺织印染行业中活性染料常用的印花糊料为海藻酸钠，但是其粘度大质量不稳定，应用中常出